山西省沁水煤田固縣井田主要可采煤層及煤質特征分析

張 瑞 勝

(山西省煤炭地質114勘查院，山西 長治 046011)

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山西省沁水煤田固縣井田主要可采煤層及煤質特征分析

張 瑞 勝

(山西省煤炭地質114勘查院，山西 長治 046011)

以大量鉆孔成果數據為基礎，通過鉆探取芯、數字測井等手段對井田范圍內主要可采的3號、15號煤層在橫向平面上的厚度變化規律進行了分析研究，并利用煤質化驗數據及測井曲線相對比的方式對15號煤層在垂向上的煤質特征變化規律進行了研究，結果表明：3號煤層全區穩定可采，為低灰、特低硫、高發熱量之無煙煤，15號煤層全區穩定可采，為低灰、高硫、高發熱量之無煙煤。

煤田，井田，可采煤層，煤質特征

1 井田概況

固縣井田位于山西省南部沁水縣境內的固縣鄉一帶，行政隸屬分別歸柿莊鎮、固縣鄉、端氏鎮、胡底鄉所轄。井田總體形態近一正方形，面積約120 km2。

山西省地處華北古板塊內部，屬于典型的板內構造。華北斷塊區呂梁—太行斷塊沁水坳陷東與太行山隆起相接，西以霍山隆起為界，其北為五臺山隆起帶，南與中條山隆起帶毗鄰。晉城礦區位于沁水坳陷東部次級構造單元沁水復式向斜南段，主體在晉(城)—獲(鹿)斷裂帶的西側。固縣井田位于晉城礦區的中部(見圖1)。

2 地質工作

1991年—2015年，井田內先后進行了煤炭普查、詳查、勘探地質工作，井田內及邊界外圍總計施工探煤鉆孔96個，累計鉆探進尺79 000余米，測井實測米78 500余米。按照MT/T 1042—2007煤炭地質勘查鉆孔質量標準驗收，鉆探全孔質量評級甲級孔63個，乙級孔26個，丙級孔7個；測井全孔質量評級甲級孔95個，乙級孔1個；全孔綜合評級甲級孔60個，乙級孔29個，丙級孔7個，甲級孔率63%，甲、乙級孔率達93%。

在煤層質量方面：勘查施工的96個鉆孔共見可采煤層220層，其中鉆探優質層165層,合格層50層，不合格層5層；測井優質層220層。綜合評級優質層165層，合格層50層，不合格層5層。其中，3號煤層優質層61層，合格層13層；15號煤層優質層72層，合格層20層；15下煤層優質層6層，合格層3層。

綜上所述，井田內及周邊鉆孔及煤層質量可靠。

3 含煤地層

本井田含煤地層主要為石炭～二疊系含煤地層，煤層主要分布于二疊系下統山西組和石炭系上統太原組，含煤地層總厚平均145.79 m。共含煤層10層～19層，一般15層，煤層總厚平均為11.96 m，含煤系數為8.20%；其中含全區可采煤層2層(3號，15號)，可采煤層總厚平均為9.37 m,可采含煤系數6.43%。

3.1 山西組(P1s)

地層總厚度41.52 m～65.85 m，平均51.06 m。一般含煤3層，自上而下編號為1號,2號,3號，煤層平均總厚6.58 m，含煤系數12.89%，可采含煤系數12.34%。其中3號煤層位于本組下部，厚度大且穩定，全區可采；1號,2號煤層分別位于本組的中部和頂部，均不可采。

3.2 太原組(C3t)

地層總厚度78.62 m～116.80 m，平均94.74 m。含煤11層，自上而下編號的有5號,7號,8-1號,8-2上號,8-2號,9號,11號,12號,13號,15號,16號，煤層總厚平均5.21 m，含煤系數為5.50%，可采含煤系數3.56%。其中位于本組一段頂部的15號煤層，煤層穩定，全區可采；15號煤層的分叉煤層15下及16號煤層分別在井田的中部及中東部零星可采，其余煤層均不可采。

4 可采煤層特征

4.1 3號煤層

位于山西組的下部，上距K8砂巖平均40.01 m；下距K7砂巖平均8.91 m。下距15號煤層平均89.80 m。煤層厚平均6.30 m，一般含1層距底板1.24 m左右較穩定的平均0.28 m厚的泥巖夾矸。純煤厚平均6.02 m。煤層結構簡單，其煤厚變異系數Cr=11,為全區穩定可采煤層。煤層總體為自西北至東南相對較厚，西南、東北及東部邊界處相對較薄。

煤層頂板為砂質泥巖、細粒砂巖，底板為泥巖、砂質泥巖。

該煤層屬穩定型，為本井田主要可采煤層之一。控制及研究程度均較高。

4.2 15號煤層

位于太原組下段的頂部，上距可采3號煤層平均89.80 m。K2石灰巖為其直接頂板。煤層厚平均3.03 m，局部含1層～2層泥巖夾矸，夾矸厚平均0.25 m。純煤厚平均2.78 m。煤層結構簡單，為全區穩定可采煤層。煤層總體為東北部和西南部厚，東南部較薄，分部呈北西、南東向條帶，該帶煤層變薄，分叉出15下煤層。15下煤層上距15號煤層平均1.80 m，煤層厚平均0.74 m，結構簡單，11個鉆孔見可采點，可采系數約50%，屬零星可采煤層。

15號煤層頂板為石灰巖，局部含泥巖偽頂；底板為鋁質泥巖、泥巖、砂質泥巖。

該煤層屬穩定型，是本區內主要可采煤層之一。控制及研究程度均較高。

5 煤質特征

5.1 3號煤層

原煤水分(Mad)平均為1.84%，浮煤水分(Mad)平均為1.05%。原煤灰分(Ad)平均為16.12%，為低灰煤；總體以低灰煤為主，中灰及中高灰煤在井田內零星分布。原煤揮發分(Vdaf)平均為8.63%，浮煤揮發分(Vdaf)平均為6.86%，為特低揮發分煤。原煤硫分(St,d)平均為0.40%，為特低硫煤，以特低硫煤為主，低硫及中硫煤在井田內零星；浮煤硫分(St,d)平均為0.38%。原煤干基高位發熱量(Qgr,d)平均為29.320 MJ/kg，屬高發熱量煤；浮煤干基高位發熱量(Qgr,d)平均為32.419 MJ/kg。

3號煤層為低灰、特低硫、高發熱量之無煙煤。可作為動力用煤、氣化用煤、合成氨用煤和民用煤；經浮選后平均灰分降為7.49%，全硫含量平均為0.38%，也可作為高爐噴吹用煤；用途廣泛。

5.2 15號煤層

5.2.1 總體特征

原煤水分(Mad)平均為1.84%，浮煤水分(Mad)平均為0.98%。原煤灰分(Ad)平均為19.89%，為低灰煤；以低灰煤為主，中灰煤分布在井田中、西部附近，中高灰煤分布在井田中西部零星分布；浮煤灰分(Ad)平均為5.87%。原煤揮發分(Vdaf)平均為9.14%；浮煤揮發分(Vdaf)平均為6.20%，為特低揮發分之無煙煤。原煤硫分(St,d)平均為3.65%，為高硫煤。以高硫煤為主，中硫煤、中高硫煤在井田內零散分布；浮煤硫分(St,d)平均為2.79%。根據各種硫測試結果，15號煤層以硫化物硫為主，其次為有機硫。洗選后煤中硫分含量大幅度降低。原煤干基高位發熱量(Qgr,d)平均為27.259 MJ/kg，屬高發熱量煤；浮煤干基高位發熱量(Qgr,d)平均為32.447 MJ/kg。

15號煤層為低灰、高硫、高發熱量之無煙煤。經洗選后可作為動力用煤、民用煤。

5.2.2 垂向變化分析

井田內15號煤層因平均厚度為3.03 m，其中只有22個鉆孔進行了上下分層采送樣化驗，因此，本次對這22個鉆孔上下分煤層煤質化驗成果進行了詳細統計，統計項目主要有：原浮煤灰分、原浮煤硫分、原浮煤低位發熱量、原浮煤固定碳、夾矸及底板硫分等(見表1)。

表1 15號煤層煤質特征分層統計表

上分層：原煤灰分(Ad)為10.64%～35.26%，平均為19.01%；浮煤灰分(Ad)為4.16%～8.94%，平均為5.90%。原煤硫分(St,d)為2.48%～7.12%，平均為3.94%；浮煤硫分(St,d)為1.96%～4.39%，平均為3.21%。原煤干基低位發熱量(Qnet,d)為21.16 MJ/kg～31.21 MJ/kg，平均為27.26 MJ/kg；浮煤干基低位發熱量(Qnet,d)為31.44 MJ/kg～33.36 MJ/kg，平均為32.43 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量為54.46%～83.20%,平均為73.03%；浮煤固定碳(FCd)含量為84.70%～90.20%，平均為88.53%。夾矸全硫(St,d)含量為0.65%～7.61%，平均為3.40%。

下分層：原煤灰分(Ad)為11.11%～38.69%，平均為21.68%；浮煤灰分(Ad)為4.01%～10.50%，平均為6.86%。原煤硫分(St,d)為1.72%～9.76%，平均為4.07%；浮煤硫分(St,d)為1.87%～4.69%，平均為3.32%。原煤干基低位發熱量(Qnet,d)為19.64 MJ/kg～30.12 MJ/kg，平均為26.44 MJ/kg；浮煤干基低位發熱量(Qnet,d)為30.73 MJ/kg～32.57 MJ/kg，平均為31.79 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量為50.75%～82.80%,平均為71.68%；浮煤固定碳(FCd)含量為81.84%～90.29%，平均為87.44%。夾矸全硫(St,d)含量為1.05%～12.16%，平均為3.87%。

底板全硫(St,d)含量為0.22%～12.70%，平均為4.24%。

由以上統計結果可知，15號煤層在縱向上自上而下灰分及硫分逐漸增大，低位發熱量及固定碳含量逐漸減小；15號煤層夾矸到底板全硫含量自上而下逐漸增大。

6 結語

本文以井田內所施工鉆孔的鉆探取芯、數字測井及煤質化驗等數據資料為基礎，研究分析了主要可采的3號,15號煤層在橫向平面上的可采性及煤層厚度變化的規律性；利用煤質化驗數據及測井曲線對比成果研究分析了15號煤層在垂向上煤質特征的變化規律。通過研究分析得出以下結論：

1)山西組的3號煤層為結構簡單的全區穩定可采煤層，為低灰、特低硫、高發熱量之無煙煤；可作為動力用煤、氣化用煤、合成氨用煤和民用煤，經浮選后可作為高爐噴吹用煤；用途廣泛，潛在開發價值巨大。

2)太原組的15號煤層為結構簡單的全區穩定可采煤層，為低灰、高硫、高發熱量之無煙煤；經洗選后煤中硫分含量大幅度降低，可作為動力用煤、民用煤。

3)15號煤層在縱向上自上而下灰分及硫分逐漸增大，發熱量及固定碳含量逐漸減小；15號煤層夾矸到底板全硫含量自上而下逐漸增大。

[1] 楊志華.山西沁水煤田東部煤質特征研究[J].山西煤炭管理干部學院學報,2010,23(3):159-160.

[2] 李 霞.沁水煤田永和井田煤層煤質特征分析與評價[J].華北國土資源,2013(6):68-71.DOI:10.

[3] 喬慶峰.山西沁水盆地鄭莊井田3#煤層特征分析[J].江西煤炭科技,2016(2):71-74.

[4] 董 紅,侯俊勝,李能根，等.煤層煤質和含氣量的測井評價方法及其應用[J].物探與化探,2001,25(2):138-143.

[5] 楊東根,范宜仁,鄧少貴，等.利用測井資料評價煤層煤質及含氣量的方法研究——以和順地區為例[J].勘探地球物理進展,2010,33(4):262-265.

[6] 劉鑫明,劉樹才,姜志海，等.利用測井參數分析煤質灰分[J].能源技術與管理,2012(2):132-134.

[7] 高鑒東,傅雪海,劉愛華，等.沁水盆地和順15#煤層煤質參數的測井響應預測[J].西安科技大學學報,2015,35(1):50-55.

[8] 劉 貝,黃文輝,劉素平,等.沁水盆地南部煤中黃鐵礦賦存特征及成因機制[J].煤炭科學技術,2014(1):226-229,232.

[9] 閆 偉,王水利,杜美利.大峰礦下組煤五煤煤質變化及其分布規律[J].煤田地質與勘探,2016(5):42-45.

[10] 陳中山.自然伽馬曲線在地層劃分、煤層對比中的應用[J].中國煤炭地質,2016(6):78-82.

Analysis on coal seam and coal quality of the main recoverable coal seam in Guxian mine of Qinshui coal field in Shanxi

Zhang Ruisheng

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstitute114，Changzhi046011,China)

On the basis of a lot of achievements in research and drilling data, by coring drilling, by means of three digital logging, the thickness of 15 # coal seam in horizontal plane change regularity was analyzed, and use of coal quality analysis data and well logging curve comparison results of 15 # coal seam in vertical variety patterns of coal quality characteristics are analyzed. The result shows: 3 # coal seam in the stable recoverable, as low ash, low sulfur, high calorific value of anthracite coal, 15 # coal seam in the stable recoverable, low ash, high sulfur, high calorific value of anthracite coal.

coal field, mining field, recoverable coal seam, coal quality features

1009-6825(2017)15-0058-03

2017-03-09

張瑞勝(1982- )，男，工程師

P624

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